Химия медленноволнового сна также похожа на изменения в мозгу при действии ЭМП. Например, введение гамма-аминомасляной кислоты вызывает появление веретен и преобладание в ЭЭГ волн дельта-диапазона, а также сон по поведенческим показателям.
Подобные изменения вызывало введение в кровяное русло животного серотонина или его предшественников. Магнитобиологические работы показывают, что содержание в организме указанных выше веществ меняется при воздействии МП.
Как показал наш краткий обзор, проблемы, связанные с влиянием ЭМП на мозг, нередко относят к разряду «таинственных», констатируя наше незнание каких-то существенных сторон мозговой деятельности. Часто встречаются замечания о том, что магнитные поля обладают сомнительным биологическим действием, и пора разобраться в этом деле. Привкус таинственности, противоречивости, зыбкости все еще сопровождает исследования по электромагнитной биологии. Неспроста, считают некоторые, слово «магия» идет в предметном указателе сразу после слова «магнетизм», а понятия «гипнотизер» и «магнитезер» являются синонимами.
Таинственность пасует там, где все становится понятным и где ясен механизм явлений и возможно их повторение. Следовательно, настала пора поговорить о механизмах.
Начать эту главу следует с того, что понятие «механизм действия» является очень многоликим понятием, включающим как биологические, так и физико-химические и даже квантово-механические подходы. Например, для нейрофизиолога важным является обсуждение рефлекторного и непосредственного механизмов действия ЭМП на мозг. Автору этих строк много сил и времени понадобилось, чтобы доказать (вначале себе самому, а потом и другим) существование непосредственного действия ЭМП на ЦНС. Теперь можно утверждать, что с этой пространственной точки зрения в механизм биологического действия ЭМП на мозг включаются как рефлекторные, так и непосредственные процессы.
Таблица 4. Время появления различных реакций нервной системы на магнитные поля свыше 20 мТл
Время Виды реакций Секунды (1 — 3) Нет Десятки секунд Сенсорная, ЭЭГ, условно-рефлекторная Минуты Двигательная активность, изменения сенсорных процессов, электрическая активность, УР и морфологии Часы Дистрофические изменения Сутки Деструктивные изменения
Характеризуя механизм влияния ЭМП на мозг с временных позиций, следует отличать по крайней мере быструю систему реагирования (в случае радиозвука, вызванного потенциала на импульс поля СВЧ, магнитофосфена и других явлений) и медленную систему, проявляющуюся в случае изучения сенсорной индикации МП, ЭЭГ-реакций на ЭМП и т. д. Распределение временных параметров появления отдельных реакций ЦНС на МП отображено в табл. 4.
В этот анализ временной последовательности включения различных механизмов мозга и организма в реакции на ЭМП следует включить ответы на выключение ЭМП, последействие, репарационные изменения и т. д. Сейчас еще мало фактов, чтобы нарисовать правдоподобную картину развития перечисленных процессов. Остается пока констатировать сложность этой задачи и дожидаться накопления экспериментального материала и появления новых свежих идей для его обобщения.
Нервную систему часто разделяют на двигательную и вегетативную. Хотя обе они подвержены влиянию ЭМП, вегетативная нервная система выступает как более чувствительное образование. Об этом подробно пишет М. И. Яковлева в своей книге, которая называется «Физиологические механизмы действия электромагнитных полей» [Л., Медицина, 1973].
В вегетативную нервную систему входят парасимпатический (как полагают, более чувствительный к ЭМП) и симпатический отделы, которые совместно обеспечивают регуляцию деятельности внутренней системы организма. На эти регуляторные процессы и действуют ЭМП, изменяя чаще всего деятельность органа, вызванную какими-то другими причинами.
Конечно, физиологические механизмы действия ЭМП не ограничиваются вегетативной нервной системой. Можно раздельно рассматривать чувствительность к ЭМП отдельных участков рефлекторной дуги: рецептор — центральное звено — эффектор. И здесь центральное звено оказалось более уязвимым.
При электрическом раздражении седалищного нерва крысы (находящейся под наркозом) можно регистрировать как биоэлектрические процессы в иннервируемой мышце, так и биопотенциалы различных отделов головного мозга. Если крысу поместить на 10—20 мин в постоянное магнитное поле с индукцией 400 мТ, то в икроножной мышце нельзя было заметить изменений потенциала действия (рис. 16), в то же время вызванный потенциал на электрическую стимуляцию указанного нерва увеличивался по амплитуде и приобретал дополнительные колебания. Сходную картину наблюдали как в сенсомоторной области коры больших полушарий головного мозга, так и в гипоталамусе и в коре мозжечка. Подобные изменения вызванного потенциала наблюдали при повышении уровня бодрствования животного или при увеличении силы раздражения. Иными словами, МП указанных параметров как-то усиливало ответ мозга на электрическую стимуляцию нерва, тогда как на ответ мышцы то же поле влияния не оказывало.
Рис. 16. Вызванный потенциал сенсомоторной коры больших полушарий мозга (I) крысы и потенциал действия икроножной мышцы (II) лягушки на электрическую стимуляцию седалищного нерва в фоне (1) и после 10—20-минутного воздействия постоянным магнитным нолем с индукцией 400 мТ (2)
Продолжая перечисление возможных механизмов действия ЭМП на мозг, следует обратить внимание на межцентральные отношения. Наиболее чувствительным к ЭМП многие исследователи считают гипоталамус, где сосредоточены высшие вегетативные центры (рис. 17). Но имеется мнение, что гиппокамп может брать на себя ведущую роль в организации реакции мозга на ЭМП. Конечно, важную роль в осуществлении этой реакции играет кора больших полушарий мозга и другие его ведущие отделы.
Иерархия межцентральных отношений в мозге при действии ЭМП меняется в зависимости от исходного функционального соотношения отдельных центров, а для детального анализа этого соотношения необходимо знать, что происходит на клеточном уровне.
Не разбирая подробно роль нейрона и глии в реакции мозга на ЭМП (чему посвящена отдельная глава), мы должны основное внимание уделить мембранным процессам, функция которых окончательно не выяснена.
Выдвигаемые гипотезы о молекулярных механизмах функционирования биологических мембран должны удовлетворять принципу реципрокности протекания в мембране сопряженных молекулярных процессов, что обусловливает совершенно необычные с позиций классических представлений конкурентные взаимоотношения поглощения Са и фосфорилирования АДФ, переноса электронов и активации АТФазы в митохондриях, а в плазматических мембранах приводит к реципрокным соотношениям электрогенного натриевого насоса и аккумуляции К+, активности холино- и адренорецепторов.
Рис. 17. Реакции разных отделов мозга кролика на ЭМП в норме (А), а также после введения кофеина (Б) или адреналина (В)
Ордината — интенсивность реакции (%); 1 — гипоталамус; 2 — сензомоторная кора; 3 — зрительная кора; 4 — специфические ядра таламуса; 5 — неспецифические ядра таламуса; 6 — гиппокамп; 7 — ретикулярная формация
Этому требованию удовлетворяет гипотеза М. А. Шишло, согласно которой в мембране митохондрий происходит переход разности электрических потенциалов в скачок концентрации ионов водорода на границе раздела двух сред, который используется для синтеза АТФ (рис. 18). Система включает два основных элемента, работающих на основе электронно-колебательных взаимодействий, которые в соответствии с пространственно-зарядовой асимметрией мембраны, определяемой разностью pH по обе стороны и гидрофобными взаимодействиями белков и липидов, должны иметь положительную кооперативную связь ΔрН с виброном, участвующим в синтезе АТФ, и отрицательную кооперативную связь с вибронным возбуждением, осуществляющим выброс Н+ за пределы митохондрий и участвующим в транспорте кальция.
Из анализа модели вытекает важнейший вывод о том, что система, управляемая скачком концентрации протонов, не может быть системой с дипольными искажениями и должна обладать свойствами кристаллов, в которых параметром порядка служит деформация. Только в этом случае сброс протона по его электрохимическому градиенту может сопровождаться эффективной утилизацией энергии этого перехода в синтезе АТФ.
